肇庆学院 12通信2班杨桐烁 4202 实验一 T形波导的内场分析和优化设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、或更高版本软件3、截图软件T形波导的内场分析实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。

其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。

正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。

通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型：创建长方形模型、设置波端口源励、复制长方体、合并长方体、创建隔片3、分析求解设置：添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运行仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq [GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXY Plot 1ANSOFTCurve Infomag(S(P ort1,P ort1))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort2))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort3))Setup1 : Sw eep1图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图T 形波导的优化设计实验原理利用参数扫描分析功能。

分析在工作频率为10GHz 时，T 形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset 的变化关系。

利用HFSS 的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz 工作频点，T 形波导商品3的输出功率是端口2输出功率的两倍。

实验步骤1、 新建一个优化设计工程2、 参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、 优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。

实验结果1、 创建功率分配随变量Offset 变化的关系图0.000.200.400.600.80 1.00Offset [in]0.000.200.400.600.801.00p o w e rpower range with offsetHFSSDesign1XY Plot 4Curve Info pow er11Setup1 : LastAdaptive Freq='10GHz'pow er21Setup1 : LastAdaptive Freq='10GHz'pow er31Setup1 : LastAdaptive Freq='10GHz'输出变量随变量Offset变化的关系图分析：从上图所示的图可以看出，当变量Offset值逐渐变大时，即隔片位置向端口2移动时，端口2的输出功率逐渐减小，端口3的输出功率逐渐变大；当隔片位置变量Offset超过英寸时，端口1的反射明显增大，端口3的输出功率开始减小。

因此，在后面的优化设计中，可以设置变量Offset优化范围的最大值为英寸。

同时，在Offset=英寸时，端口3的输出功率约为，端口2的输出功率略大于，此处端口3的输出功率约为端口2输出功率的两倍。

因此，在优化设计时，可以设置变量Offset的优化初始值为英寸。

另外，变量Offset优化范围的最小值可以取0英寸。

优化设计结果实验总结通过本次HFSS 天线仿真实验，使我更加真实、贴切的了解天线的原理和用途。

生活中我们可以见到各种奇形怪状的天线，却不知其意义何在。

在这次实验过程中，我不停的操作、翻阅资料、上网查阅文献，对天线仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识，对天线的各种参数也有了具体的理解，这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。

实验二 HFSS仿真对称振子天线实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握对称振子天线的设计方法、优化设计方法和工作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、或更高版本软件3、截图软件实验步骤1、新建一个优化设计工程2、参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。

实验数据$r1 1 (2, 3, 4)实验步骤1、新建一个优化设计工程2、参数扫描分析设置和仿真分析：添加参数扫描分析项、定义输出变量、运行参数扫描分析3、优化设计：添加优化变量、添加目标函数、设置优化变量的取值范围、运行优化分析。

实验步骤1.打开HFSS，新建工程，将工程保存为dipole。

2 设置求解类型。

3 设置单位。

4 画对称振子的一支臂，形状为圆柱体，命名为 arm1，材料设置为理想导体，半径设置为变量$r，臂长设置为变量$l。

5 画馈电模型，形状为zx面上的矩形，命名为feed，设置为lumped port激励方式。

6 画辐射箱，命名为airbox，形状为长方体，材料为真空，边界条件为radiation。

7 设置求解频率3GHz，扫频1-5GHz。

8 检查及运行计算9 画电流分布10 画S参数曲线11 画阻抗曲线12 画方向图13 扫描变量$l实验结果图airbox及天线图振子上电流幅度分布图 |S|曲线11图24阻抗曲线。

图29 二分之一波长对称振子三维增益图图二分之一波长对称振子E面方向图图 S参数随$r变化曲线图36 $r=2mm，S参数随$l变化曲线图39 扫描变量$l得到的方向图实验三 HFSS 微带天线仿真设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握微带天线仿真设计原理和方法。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、或更高版本软件3、截图软件实验原理微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。

一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。

例如微带电路的开路端，结构尺寸的突变、折弯等不连续处也会产生电磁辐射（泄漏）。

当频率较低时，这些部分的电尺寸很小，因此电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。

再经过特殊设计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振状态。

辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，而成为有效的天线。

实验步骤1、创建微带天线模型：设置默认的长度单位、建模相关选项设置、添加和定义设计变量、创建介质基片、创建辐射贴片、创建参考地、创建同轴馈线的内芯、创建信号传输端口面2、设置边界条件和激励：设置边界条件、设置辐射边界条件、设置端口激励3、求解设置：求解频率和网格剖分设置、扫频设置4、设计检查和运行仿真分析：设计检查、运行仿真分析5、参数扫描分析：添加参数扫描分析项、运行参数扫描分析、查看分析结果6、查看仿真分析结果实验结果1、查看天线回波损耗分析：从图中可以看出设计的微带天线谐振频率在附近，且在频点上的回波损耗值为左右。

2、分析谐振频率随辐射贴片长度L0的变化关系分析：从图中可以看出，随着长度L0值的增加，天线的谐振频率逐渐降低。

当L0=时，谐振频率为；当L0=28mm时，谐振频率为；所以谐振频率对应的L0长度介于~。

3、分析谐振频率随辐射贴片长度W0的变化关系分析：从上图所示分析结果可以看出，辐射贴片宽度W0由30 mm变化到40 mm 时，天线的谐振频率变化很小，即天线的谐振频率不随辐射贴片宽度变化而变化。

实验总结通过本次HFSS 天线仿真实验，使我更加真实、贴切的了解天线的原理和用途。

生活中我们可以见到各种奇形怪状的天线，却不知其意义何在。

在这次实验过程中，我不停的操作、翻阅资料、上网查阅文献，对天线仿真设计的各个环节有了一个较为清楚的认识，对天线的各种参数也有了具体的理解，这些东西对以后的相关学习和研究打下了基础。

实验四半波偶极子天线仿真实验报告实验目的1、学会简单搭建天线仿真环境的方法，主要是熟悉日HFSS软件的使用方法2、了解利用HFSS仿真软件设计和仿真天线的原理、过程和方法3、通过天线的仿真，了解天线的主要性能参数，如驻波比特性、smith圆图特性、方向图特性等4、通过对半波偶极子天线的仿真，学会对其他类型天线仿真的方法实验仪器1、装有windows系统的PC一台2、HFSS3、截图软件实验原理首先明白一点:半波偶极子天线就是对称阵子天线。

2,对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。

一臂的导线半径为。

，长度为I。

两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。

对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。

3,在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。

取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为:式中，Im为天线上波腹点的电流;IC=W}C为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点;电流分布关于振子的中心店对称;超过半波长就会出现反相电流。

4,在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z),长度为dz的电流元件串联而成。

利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。

图2对称振子辐射场的计算如图2所示，电流元I(z)所产生的辐射场为5、方向函数实验步骤1、设计变量(以表格的形式列出来)设置求解类型为Driven Model类型，并设置长度单位为毫米。

提前定义对称阵子天线的基本参数并初始化、创建偶极子天线模型，即圆柱形的天线模型。

(模型截图贴在下面)其中偶极子天线的另外一个臂是通过坐标轴复制来实现的。

设置端口激励(附以截图)半波偶极子天线由中心位置馈电，在偶极子天线中心位置创建一个平行于YZ面的矩形面作为激励端口平面。

4、设置辐射边界条件(截图)要在HfSS中计算分析天线的辐射场，则必须设置辐射边界条件。

这里创建一个沿Z轴放置的圆柱模型，材质为空气。

把圆柱体的表面设置为辐射边界条件。

外加激励求解设置分析的半波偶极子天线的中心频率在3G日z，同时添加 G日:^ G日:频段内的扫频设置，扫频类型为快速扫频。

6、设计检查和运行仿真计算7、HFSS天线问题的数据后处理(截图，并做相应的说明)具体在实验结果中阐释。

实验结果1、回波损耗S11回波损耗回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射，是天线设计需要关注的参数之一。